JP2000258617A

JP2000258617A - カラーフィルターおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2000258617A
Application number: JP6287199A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Akamatsu; 孝義赤松; Junji Kajita; 純司梶田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は、セルギャップの均一性に優れ
表示品位が良好な液晶表示装置を提供することと、さら
に液晶表示素子設計上の制約をなくし高精細の液晶表示
素子を提供することにある。【解決手段】着色膜の重ね合わせで形成されたスペーサ
ー頂部周囲の透明導電膜が除去されたカラーフィルター
を用いる。該スペーサー頂部および／または該頂部周辺
の透明導電膜をエネルギー光照射により選択的に除去す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーなどの高
エネルギー光の照射を利用したカラーフィルターの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来使用されている液晶表示装置は、液
晶層の厚み（セルギャップ）を保持するために、一般
に、２枚の液晶表示装置用基板間にプラスチックビー
ズ、ガラスビーズ又はガラス繊維を挟んでスペーサーと
して使用している。プラスチックビーズ等のスペーサー
は気流に乗せて散布されるため、スペーサーの位置が定
まらず、液晶表示装置用基板上の表示領域（遮光部を除
く画面内の光透過部）にもスペーサーが存在する。この
スペーサーによる光の散乱や透過により、液晶表示装置
の表示品位が低下するという問題がある。

【０００３】プラスチックビーズ等のスペーサーを散布
する際、気流や静電気の影響でスペーサーが均一に散布
されず、スペーサーが凝集することがある。スペーサー
が凝集すると凝集部分の表示品質が悪化し、またセルギ
ャップの正確な保持の面でも問題がある。

【０００４】この問題点に対して、特開昭５６−１４０
３２４、特開昭６３−８２４０５４、特開平４−９３９
２４、特開平５−１９６９４６では、２色あるいは３色
の着色層を重ね合わせた構造をスペーサーとして用いる
ことが提案されている。

【０００５】通常は、着色層上に液晶駆動用電極である
透明導電膜が形成されるために、上述した着色層を重ね
合わせた構造のスペーサー上にも透明導電膜が形成され
る。該スペーサーが、対向基板に突き当てられてセルギ
ャップを確保する際、スペーサー上にも透明導電膜があ
るために、カラーフィルターと対向基板との短絡を避け
るために、スペーサーが突き当てられる位置の対向基板
上には絶縁層を配置するなど、設計に特別の配慮が必要
である。しかしながら、液晶表示素子の高精細化要請が
強く、スペーサー突き当て部分に絶縁膜を配置するとの
設計上の制約が障害となるケースもでてきた。

【０００６】この問題に対して、着色層を重ね合わせた
構造のスペーサーの上端面の透明導電膜を除去し着色層
を露出させたカラーフィルターが特開平１０ー２８２３
３２号公報にて提案されている。該上端面の透明導電膜
の除去方法としては、フォトレジストを用いたフォトリ
ソグラフィーと研磨除去が例示されている。しかしなが
ら、フォトリソグラフィーは、レジスト塗布、乾燥、露
光、現像、エッチング、レジスト剥離と長いプロセスが
必要で、スペーサーを低コストで作製することができな
い。セルギャップを精密に制御するためにスペーサー高
さのコントロールは非常に重要であるが、研磨除去は精
密な制御が難しい。特に大型基板を一括で研磨する場合
は、研磨精度を維持することが非常に難しい。一方、数
センチ幅の研磨用テープを用いて大型基板を走査しつつ
順次研磨除去していく場合においても、基板面内での研
磨量の均一性を確保することが難しい。また、研磨加工
時間が長くなりコスト高になる。

【０００７】着色層を重ね合わせたスペーサー上に透明
導電膜が配置された構造は、すなわち比較的柔らかい層
の上に硬質の無機膜である透明導電膜が配置された構造
であり、研磨法でスペーサー頂部の透明導電膜のみを選
択性よく除去することは困難である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、着色
層を重ね合わせた構造のスペーサーで精密なセルギャッ
プ保持ができるとともに、該スペーサー形成基板の対向
基板設計に特別の配慮が不要で低コストのカラーフィル
ターの製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下の構成からなる。（１）基板上に、３原色からなる着色層、該３原色から
なる着色層とブラックマトリックス層の内、少なくとも
２層が積層されてなる複数個のスペーサー、該着色層と
該スペーサーとを覆い形成された透明導電膜とを備えた
カラーフィルターであって、該スペーサー頂部周囲の透
明導電膜または該スペーサー頂部とその周囲の透明導電
膜が除去されてなることを特徴とするカラーフィルタ
ー。（２）基板上に３原色からなる着色層を形成すると共に
該３原色からなる着色層とブラックマトリックス層の
内、少なくとも２層を積層して複数個のスペーサーを形
成した後、透明導電膜を積層し、次いで、光照射により
該スペーサー頂部および／または該頂部周囲の該透明導
電膜を除去することを特徴とするカラーフィルターの製
造方法。（３）該光照射が６９０ｎｍ以上のレーザー光であるこ
とを特徴とする（２）に記載のカラーフィルターの製造
方法。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のカラーフィルターに用い
られる基板としては、特に限定されるものではなく、石
英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラ
ス、表面をシリカコートしたソーダライムガラスなどの
無機ガラス類、有機プラスチックのフィルム又はシート
等が好ましく用いられる。また、反射型液晶表示素子の
カラーフィルターとしては、金属板などの不透明基板を
採用することも可能である。

【００１１】この透明基板上に必要に応じてブラックマ
トリックスが設けられる。ブラックマトリックスは、ク
ロムやニッケル等の金属又はそれらの酸化物等や着色膜
の重ね塗りで形成してもよいが、樹脂及び遮光剤から成
る樹脂ブラックマトリックスを形成することが製造コス
トや廃棄物処理コストの面から好ましい。また、本発明
のスペーサーの高さを確保する面からも樹脂ブラックマ
トリックスの採用が好ましい。ブラックマトリックスに
用いられる樹脂としては、特に限定されないが、エポキ
シ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエス
テル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂
などの感光性又は非感光性の材料が好ましく用いられ
る。

【００１２】ブラックマトリックス用樹脂や後述する着
色層用樹脂として用いられる感光性の樹脂としては、光
分解型樹脂、光架橋型樹脂、光重合型樹脂などのタイプ
があり、特に、エチレン不飽和結合を有するモノマ、オ
リゴマ又はポリマと紫外線によりラジカルを発生する開
始剤とを含む感光性組成物、感光性ポリアミック酸組成
物等が好適に用いられる。

【００１３】ブラックマトリックス用樹脂や後述する着
色層用樹脂として用いられる非感光性の樹脂としては、
上記の各種ポリマなどで現像処理が可能なものが好まし
く用いられるが、透明導電層の製膜工程や液晶表示装置
の製造工程でかかる熱に耐えられるような耐熱性を有す
る樹脂が好ましく、また、液晶表示装置の製造工程で使
用される有機溶剤への耐性を持つ樹脂が好ましく、中で
もポリイミド系樹脂が特に好ましい。

【００１４】ここで、ポリイミド系樹脂としては、特に
限定されるものではないが、通常下記一般式［Ｉ］で表
される構造単位を主成分とするポリイミド前駆体を、加
熱又は適当な触媒によってイミド化したものが好適に用
いられる。

【００１５】

【化１】

【００１６】ここで一般式（１）のｎは０あるいは１〜
４の数である。Ｒ¹は酸成分残基であり、Ｒ¹は少なくと
も２個の炭素原子を有する３価または４価の有機基を示
す。耐熱性の面から、Ｒ¹は環状炭化水素、芳香族環ま
たは芳香族複素環を含有し、かつ炭素数６から３０の３
価または４価の基が好ましい。Ｒ¹の例として、フェニ
ル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフタレン基、
ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェニルスルフ
ォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェノン基、ビ
フェニルトリフルオロプロパン基、シクロブチル基、シ
クロペンチル基などから誘導された基が挙げられるがこ
れらに限定されるものではない。

【００１７】Ｒ²は少なくなくとも２個の炭素原子を有
する２価の有機基を示す。耐熱性の面から、Ｒ²は環状
炭化水素、芳香族環または芳香族複素環を含有し、かつ
炭素数６から３０の２価の基が好ましい。Ｒ²の例とし
て、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフ
タレン基、ペリレン基、ジフェニルエーテル基、ジフェ
ニルスルフォン基、ジフェニルプロパン基、ベンゾフェ
ノン基、ビフェニルトリフルオロプロパン基、ジフェニ
ルメタン基、シクロヘキシルメタン基などから誘導され
た基が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
一般式（１）で表される構造単位を主成分とするポリマ
ーはＲ¹、Ｒ²がこれらの内各々１個から構成されていて
も良いし、各々２種以上から構成される共重合体であっ
ても良い。ペーストを構成する溶媒としては、Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド系極性溶媒、
γ−ブチロラクトンなどのラクトン系極性溶媒等が好適
に使用される。

【００１８】またアクリル系樹脂としては、アクリル
酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタク
リレートなどのアルキルアクリレートまたはアルキルメ
タクリレート、環状のアクリレートまたはメタクリレー
ト、ヒドロキシエチルアクリレートまたは、メタクリレ
ートなどの内から３〜５種類程度のモノマを用いて、分
子量５０００〜２０００００程度に重合した樹脂を用い
る。なお、スペーサーがアクリル樹脂を含むものである
場合、スペーサーを構成する成分中のアクリル樹脂の含
有量は、５０重量％以上が好ましく、６０重量％以上が
さらに好ましい。アクリル系樹脂スペーサーを構成する
材料が感光性か非感光性は制限されないが、スペーサー
の微細加工のしやすさの点から感光性の材料が好ましく
用いられる。感光性樹脂の場合には、アクリル系樹脂と
光重合性モノマ、光重合開始剤を配合した組成物が好ま
しく用いられる。光重合性モノマとしては、２官能、３
官能、多官能モノマがあり、２官能モノマとして、１，
６−ヘキサンジオールジアクリレート、エチレングリコ
ールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリ
レート、トリエチレングリコールアクリレートなどがあ
り、３官能モノマとして、トリメチロールプロパントリ
アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレー
ト、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアネートな
どがあり、多官能モノマとしてジトリメチロールプロパ
ンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ
およびヘキサアクリレートなどがある。また、光重合開
始剤としては、ベンゾフェノン、チオキサントン、イミ
ダゾール、トリアジン系などが単独もしくは混合で用い
られる。

【００１９】ブラックマトリックス用の遮光剤として
は、カーボンブラック、酸化チタン、酸化窒化チタン、
四酸化鉄等の金属酸化物粉、金属硫化物粉、金属粉の他
に、赤、青、緑色等の顔料の混合物等を用いることがで
きる。この中でも、特にカーボンブラックは遮光性が優
れており、特に好ましい。分散の良い粒径の小さいカー
ボンブラックは主として茶系統の色調を呈するので、カ
ーボンブラックに対する補色の顔料を混合させて無彩色
にするのが好ましい。

【００２０】カーボンブラックや、カーボンブラックに
対して補色の顔料等の遮光剤を分散させる方法として
は、例えば、ポリイミド前駆体溶液中に遮光剤や分散剤
等を混合させた後、三本ロール、サンドグラインダー、
ボールミルなどの分散機中で分散させる方法などがある
が、この方法に特に限定されない。また、カーボンブラ
ックの分散性向上、あるいは塗布性やレベリング性向上
のために種々の添加剤が加えられていてもよい。

【００２１】樹脂ブラックマトリックスは、黒色ペース
トを透明基板上に塗布、乾燥した後に、パターニングし
て形成される。黒色ペーストを塗布する方法としては、
ディップ法、ロールコーター法、スピナー法、ダイコー
ティング法、ワイヤバーコーティング法などが好適に用
いられ、この後、オーブンやホットプレートを用いて加
熱乾燥（セミキュア）を行う。セミキュア条件は、使用
する樹脂、溶媒、ペースト塗布量により異なるが、通常
６０〜２００℃で１〜６０分加熱する。

【００２２】このようにして得られた黒色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォ
トレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹
脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成
した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、ポジ形フ
ォトレジスト膜または酸素遮断膜を除去し、加熱乾燥
（本キュア）する。本キュア条件は、前駆体からポリイ
ミド系樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なる
が、２００〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的
である。アクリル系樹脂の場合には、本キュア条件は、
通常１５０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的
である。以上のプロセスにより、基板上にブラックマト
リックスが形成される。

【００２３】また、基板上に黒ペーストを塗布する方法
以外に、別基板上に塗布、セミキュアされた黒色層を加
熱加圧して転写する方法（転写法）によって樹脂ブラッ
クマトリックスを形成してもよい。

【００２４】樹脂ブラックマトリックスの膜厚は、好ま
しくは０．５〜２．０μｍ、より好しくは０．８〜１．
５μｍである。この膜厚が０．５μｍよりも薄い場合に
は、樹脂ブラックマトリックス上に樹脂層を積層してス
ペーサーを作製する場合、十分な高さのスペーサーを形
成することが難しくなり、また、遮光性が不十分になる
ことからも好ましくない。一方、膜厚が２．０μｍより
も厚い場合には、遮光性は確保できるものの、カラーフ
ィルターの平坦性が犠牲になり易く、段差が生じやす
い。

【００２５】樹脂ブラックマトリックスの遮光性は、Ｏ
Ｄ値（透過率の逆数の常用対数）で表されるが、液晶表
示装置の表示品位を向上させるためには、好ましくは
１．６以上であり、より好ましくは２．０以上である。
また、樹脂ブラックマトリックスの膜厚の好適な範囲を
前述したが、ＯＤ値の上限は、これとの関係で定められ
るべきである。

【００２６】樹脂ブラックマトリックス間には通常（２
０〜２００）μｍ×（２０〜３００）μｍの開口部が設
けられるが、この開口部を少なくとも被覆するように３
原色のそれぞれの着色層が複数配列される。すなわち、
１つの開口部は、３原色のいずれか１つの着色層により
被覆され、各色の着色層が複数配列される。

【００２７】カラーフィルターの着色層は、少なくとも
３原色、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）または、シアン
（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３層を包含
するものであり、各画素にはこれらの３色のいずれかの
１つの着色層が設けられる。

【００２８】着色層に用いられる着色剤としては、有機
顔料、無機顔料、染料等を好適に用いることができ、さ
らには、紫外線吸収剤、分散剤などの種々の添加剤を添
加してもよい。分散剤としては界面活性剤、顔料の中間
体、染料の中間体、高分子分散剤などの広範囲のものが
使用される。また、塗布性やレベリング性向上のために
種々の添加剤を加えても良い。

【００２９】顔料の具体的な例をカラーインデックス
（Ｃ．Ｉ．）ナンバーで表す。赤色顔料としてはピグメ
ントレッド９、９７、１２２、１２３、１４４、１４
９、１６６、１６８、１７７、１８０、１９０、１９
２、２１５、２１６、２２４などが、緑顔料としてはピ
グメントグリーンＣ．Ｉ．Ｎｏ．７、１０、３６、３
７、３８、４７などが、青色顔料としてはピグメントブ
ルー１５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、
１５：６、１６、１７、２１、２２、６０、６４など
が、黄色顔料としてはピグメントイエロー１３、１７、
２０、２４、８３、８６、９３、９４、９５、１０９、
１１０、１１７、１２５、１３７、１３８、１３９、１
５３、１５４、１６６、１７３などが、紫色顔料として
はピグメントバイオレット１９、２３、２９、３０、３
２、３３、３６、３７、３８などが、橙色顔料としては
ピグメントオレンジ１３、３１、３６、３８、４０、４
２、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５など
が、藍色顔料としてはピグメントブルー１５、１６など
が、紅色顔料としてはピグメントレッド８１、１２２、
１４４、１４６、１６９、１７７、ピグメントバイオレ
ット１９などが採用できる。これらの顔料は１種類のみ
で使用しても良く、２種類以上で組み合わせて使用して
も良い。顔料は必要に応じて、ロジン処理、酸性基処
理、塩基性処理などの表面処理がされてもよい。

【００３０】着色層に用いられる樹脂としては、特に限
定されないが、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレ
タン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、
ポリオレフィン系樹脂などの感光性又は非感光性の材料
が採用できる。本発明のスペーサーは微細な加工が可能
でかつ加圧に耐えるような強靱な樹脂で形成されている
ことが好ましいので、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹
脂の採用が好ましく、ポリイミド系樹脂がより好ましく
用いられる。

【００３１】着色層を形成する方法としては、ブラック
マトリックスと同様の方法が採用できる。基板上に着色
剤を含むペーストを塗布、乾燥した後に、パターニング
を行う。着色剤を分散又は溶解させ着色ペーストを得る
方法としては、溶媒中に樹脂と着色剤を混合させた後、
三本ロール、サンドグラインダー、ボールミルなどの分
散機中で分散させる方法などがある。

【００３２】着色ペーストを塗布する方法としては、黒
色ペーストの場合と同様、ディップ法、ロールコーター
法、スピナー法、ダイコーティング法、ワイヤーバーコ
ーティング法等が好適に用いられ、この後、オーブンや
ホットプレートを用いて加熱乾燥（セミキュア）を行
う。セミキュア条件は、使用する樹脂、溶媒、ペースト
塗布量により異なるが通常６０〜２００℃で１〜６０分
加熱する。

【００３３】このようにして得られた着色ペースト被膜
は、樹脂が非感光性の樹脂である場合は、その上にフォ
トレジスト膜を形成した後に、また、樹脂が感光性の樹
脂である場合は、そのままかあるいは酸素遮断膜を形成
した後に、露光、現像を行う。必要に応じて、フォトレ
ジスト膜または酸素遮断膜を除去し、加熱乾燥（本キュ
ア）する。

【００３４】本キュア条件は、前駆体からポリイミド系
樹脂を得る場合には、塗布量により若干異なるが、２０
０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。
アクリル系樹脂の場合には、本キュア条件は、通常１５
０〜３００℃で１〜６０分加熱するのが一般的である。
以上のプロセスにより、基板上にパターニングされた着
色層が形成される。また、いわゆる転写法で着色層を形
成してもよい。

【００３５】基板上に、上記のように、第１色目の着色
層を全面にわたって形成した後に、不必要な部分をフォ
トリソグラフィ法により除去し、所望の第１色目の着色
層のパターンを形成する。同様の操作を繰り返し、第２
色目の着色パターン、第３色目の着色パターンを形成す
る。

【００３６】本発明では、カラーフィルター上にスペー
サーを形成する工程が別途必要とならないように、また
は十分な高さのスペーサーを実現するために着色層の加
工と同時にカラーフィルターの着色層を積層してスペー
サーを形成する。

【００３７】本発明のスペーサーは、３原色からなる着
色層とブラックマトリックス層の内、少なくとも２層を
積層して形成される。液晶表示素子のセルギャップが比
較的大きい場合には、樹脂ブラックマトリックス層上に
３原色層全てを積層する必要性が高く、一方、強誘電性
液晶を使用した液晶表示素子では１μｍ程度の狭セルギ
ャップが使用されるため、樹脂ブラックマトリックス層
上に着色層１層を積層したり、クロムブラックマトリッ
クス層上に着色層２層を積層することで対応可能であ
る。また、着色層を２層重ねた色重ねブラックマトリッ
クスを採用した場合には、該色重ねブラックマトリック
ス層上に３色目でスペーサーを形成する。

【００３８】該スペーサーの形成とともに、スペーサー
として機能しない高さの積層物を形成しても良い。例え
ば、スペーサーが４層で形成される場合、３層以下の積
層で形成され、スペーサーが３層で形成される場合、２
層からなる積層物で形成される。これらは、通常時は対
向する電極基板と接することはないが、液晶表示装置に
圧力が加わった際に対向する電極基板と接することでセ
ルギャップを確保して、液晶表示装置の表示品位の信頼
性を高めることができる。

【００３９】本発明の着色層の樹脂成分と着色剤成分と
の重量比が３：７〜９：１であることが、所望のスペー
サーの高さをもたせる点とカラーフィルターに所望のカ
ラー表示性能をもたせる点から好ましい。

【００４０】開口部上の着色層とスペーサーを形成する
着色層とは連続していても、また、分離されていてもよ
い。

【００４１】本発明のスペーサーは、パターンを積層す
る際には、対向基板への接触部の面積がスペーサーの底
部の面積より小さくなるように設計することが望まし
い。

【００４２】本発明のスペーサーの形状、すなわち、ス
ペーサーを基板と平行な面で切断した場合の横断面の形
状は、特に限定されないが、円、楕円、角が丸い多角
形、十字、Ｔ字又はＬ字形が好ましい。また、複数の色
層を積層してスペーサーを形成する場合においても、そ
れぞれの層のスペーサーの形状は、特に制限されない
が、円、楕円、角が丸い多角形、十字、Ｔ字又はＬ字形
が好ましく、これらを任意に積層しスペーサーを形成し
てよい。

【００４３】スペーサーの高さは、２〜９μｍが好まし
く、さらには３〜８μｍが好ましい。スペーサーの高さ
が２μｍよりも低いと、十分なセルギャップを確保する
ことが困難である。一方、９μｍを超えると、液晶表示
装置のセルギャップが大きくなりすぎて駆動に要する電
圧が高くなり好ましくない。なお、スペーサーの高さと
は、１個のスペーサーに着目し、カラーフィルターの開
口部着色層と該スペーサーの最上表面との間の距離を意
味する。基板上の表示部平坦部の高さにムラがある場合
には、スペーサーの最上表面と各表示部平坦部との間の
距離の内、最大のものを指す。

【００４４】スペーサーによって保たれる２枚の液晶表
示装置用基板間の間隔の画面内均一性を高める点から、
画面内および画面外の非表示領域にスペーサーを形成す
ることが好ましいが、場合によっては画面内または画面
外のどちらか一方の非表示領域に形成しても良い。

【００４５】スペーサーの１個あたりの面積や配置場所
は液晶表示装置の構造に大きく影響を受ける。固定され
たスペーサーを有するカラーフィルターにおいて１画素
中の非表示領域の面積の制約から、画面内の１個あたり
のスペーサー面積は、１０μｍ²〜１０００μｍ²である
ことが好ましい。さらに好ましくは、１０μｍ²〜２５
０μｍ²である。ここでいうスペーサー面積とはカラー
フィルター上に形成されたスペーサー最頂部であって、
液晶表示装置を作製した際に対向基板に接触する部分の
面積もしくは対向基板上に作製されたスペーサーに接触
する部分の面積を指す。１個あたりのスペーサーの面積
が１０μｍ²よりも小さい場合は、精密なパターンの形
成や積層が難しくなる他、液晶表示装置装置製造時の圧
力印加でスペーサーが破壊されることがある。１個あた
りのスペーサーの面積が１０００μｍ²よりも大きい場
合は、スペーサーの周辺においてラビングによる十分な
配向処理が困難になる。また、画面内のスペーサーは、
スペーサー部の形状にもよるが画面内の非表示領域に完
全に配置することが難しくなる。一方、画面外のスペー
サーは、表示領域に現れることが無い。したがって、面
内および画面外にスペーサーを有する液晶表示装置用基
板の場合、画面外のスペーサーのひとつ当たりの面積
は、スペーサーの形成を容易にするために画面内のスペ
ーサーのひとつ当たりの面積と等しいかもしくは大きい
ことが好ましい。画面外であってかつ額縁と呼ばれる画
面を取り囲む遮光部分にもスペーサーは設けられる。こ
の部分のスペーサーの一部または全部の上および周囲に
も透明導電膜が形成される。本発明では、額縁上のスペ
ーサーについても透明導電膜を除去してもよい。透明導
電膜を除去せず、対向基板からカラーフィルター基板透
明導電膜への給電点として利用することも可能である。

【００４６】本発明のスペーサーはカラーフィルター上
に形成されるが、カラーフィルターの対向基板上にもカ
ラーフィルター上のスペーサー突き当て位置にスペーサ
ーを形成して、カラーフィルター上のスペーサーと対向
基板上のスペーサーとを突き合わせて使用することも可
能である。

【００４７】また、本発明のカラーフィルターは透明導
電層形成前に透明保護層を形成しても良い。このような
透明保護層の形成は、カラーフィルターの構造を複雑に
し製造コストが高くなる点で不利であるが、一方スペー
サー高さの制御、カラーフィルターからの不純物のシミ
出し防止、表面平坦化に有利である。

【００４８】３色の着色層を形成後、もしくは透明保護
層形成後に透明導電膜が形成される。透明導電膜として
はＩＴＯなどの酸化物薄膜が採用され、通常０．１μｍ
程度のＩＴＯ膜がスパッタリング法や真空蒸着法などで
作製されるが、該透明導電膜は、ブラックマトリックス
開口部の着色層上だけでなく、スペーサー上にも形成さ
れる。また、着色層上の透明導電膜とスペーサー上の透
明導電膜とは連続していて電気的に導通状態である。ス
ペーサーは、対向する基板に突き当てられてセルギャッ
プを確保する。カラーフィルター上の透明導電膜と対向
基板上の画素電極や配線との短絡を避けるために、対向
基板のスペーサー突き当て位置に絶縁膜を配置するなど
の特別の配慮が必要である。また、該絶縁膜形成領域
は、基板貼り合わせ時の位置ずれを考慮して、スペーサ
ー頂部の面積よりも大きくしなければならず、液晶表示
素子設計上の制約になる。特に電極や配線が密に配置さ
れている高精細の液晶表示装置において制約の度合いが
大きい。

【００４９】本発明のカラーフィルターの製造方法は少
なくともスペーサー頂部および／または該頂部周囲の透
明導電膜を光照射にて除去することを特徴とする。本発
明ではカラーフィルター上の導電膜と対向基板電極や配
線との短絡を避けることが目的であるため、少なくとも
スペーサー頂部および／または該頂部周囲の透明導電膜
が除去されることが重要である。対向基板との短絡を確
実に防ぐためには、該スペーサー頂部の透明導電膜を除
去するだけでなく、頂部周辺の透明導電膜も除去した方
が好ましい。特に液晶表示素子に圧力が加わった場合、
該スペーサーが圧縮されるので、該頂部に続く頂部周囲
部分の透明導電膜を除去しておくことが好ましい。

【００５０】ここで、スペーサー頂部の周囲とは、スペ
ーサーの最高点を取り囲む部分であって、スペーサー傾
斜部分、多段に形成されたスペーサーであれば該頂部を
囲むテラス状の部分、スペーサーが置かれているブラッ
クマトリックスのスペーサー周囲などを言い、表示に支
障をきたさない範囲で大きさを選ぶことができる。ま
た、一方、該頂部の透明導電膜は残しておいて、該頂部
の周囲すなわち該頂部の周辺部であるスペーサー傾斜部
分などの透明導電膜について該頂部を取り囲むように除
去することでも対向基板との短絡を避けることができ
る。

【００５１】本発明が提供するカラーフィルターの一形
態は、該スペーサー頂部を取り囲むように透明導電膜を
除去したカラーフィルターである。レーザー光による加
工では透明導電膜とその下地である着色層との光吸収係
数の違いにより、選択的に透明導電膜を除去することが
可能であるが、レーザー光の強度が適当な範囲を超える
と、透明導電膜の発熱の影響で下地の着色層が熱変形
し、スペーサー形状（高さ）が変化する。これを避ける
ために該スペーサーの頂部を取り囲むように透明導電膜
を除去することが有効である。また、前述のように、液
晶表示素子が圧縮された場合には、該頂部だけでなく、
該頂部に続く頂部周辺部分も対抗基板に接触することが
あるので、該頂部を取り囲むように透明導電膜を除去し
たカラーフィルターは安全性が高い。

【００５２】特に前記安全性を重視する用途において
は、光照射以外に、フォトリソグラフィーなどを用いて
該頂部周囲の透明導電膜または該頂部とその周囲の透明
導電膜を除去することも採用できる。

【００５３】透明導電膜を除去するための光としては、
透明導電膜が十分な吸収係数を持つ一方、着色層が小さ
な吸収係数である波長であることが好ましい。すなわ
ち、波長が６９０ｎｍ以上の波長領域であることが好ま
しく、８００ｎｍ以上であることがさらに好ましい。ま
た、波長が長すぎると光を微小領域に絞って照射するこ
とができない。照射対象の大きさの１／３から１／２以
下の波長であることが好ましい。したがって、光源とし
ては、ＹＡＧレーザー、ＹＬＦレーザー、ルビーレーザ
ー、ガラスレーザー、赤外線半導体レーザー、炭酸ガス
レーザーなどが好適に採用される。ＹＡＧレーザーの波
長は１０６４ｎｍ、ＹＬＦレーザーの波長は１０５３ｎ
ｍ、ルビーレーザーの波長は６９０ｎｍ、ガラスレーザ
ーの波長は１０６０ｎｍ、炭酸ガスレーザーの波長は１
０６００ｎｍである。また、大出力の赤外線半導体レー
ザーの波長の例としては、７９０ｎｍ〜９８０ｎｍのも
のがある。レーザーには、連続発振するＣＷレーザー
と、パルス発振するパルスレーザーがあるが、本発明で
は所望の領域を加熱することができればどちらのレーザ
ーも採用することができるが、離散して配置されたスペ
ーサー上の透明導電膜を照射除去するには、パルスレー
ザーの方が適用しやすい。光強度および光強度の安定性
の点でＹＡＧレーザーの採用が好ましい。

【００５４】スペーサー頂部および／または該頂部周辺
の透明導電膜を除去するために光を絞る方法としては、
レンズなどの光学系を使う方法と光学系に金属板などで
作った光整形マスクを組み合わせる方法がある。所定の
位置を照射するためには、カラーフィルターをステージ
に搭載して移動させたり、レーザー光をガルバノミラー
等で走査したりする方法がある。また、金属板や誘電体
薄膜で作製した光学マスク板を用いて所定位置のみに光
照射する方法も採用することができる。

【００５５】光照射時間は、透明導電膜を十分に加熱し
蒸発させるためには長い方が良く、着色層へのダメージ
を抑制したり、加工速度を高めたりするには光照射時間
は短い方が好ましいため、光の１回あたりの照射時間は
０．０５ｎｓ〜１０μｓの範囲であることが好ましく、
０．５ｎｓ〜１μｓの範囲がさらに好ましい。また、照
射光パワー密度は、透明導電膜を十分に加熱し蒸発させ
るためには大きい方が良く、着色層へのダメージを抑制
するためには照射光パワー密度が小さい方が好ましく、
０．５Ｊ／ｃｍ²〜１００Ｊ／ｃｍ²の範囲が好ましい。

【００５６】１ショットのレーザー照射範囲は加工速度
を増すためにはスペーサー頂部の大きさ以上であること
が好ましく、一方、１ショット内の照射光パワー密度の
均一性を良くするためには小さい範囲である方が好まし
い。

【００５７】スペーサー頂部を残して該頂部周囲の透明
導電膜を除去する場合、加工速度を増すために金属板や
誘電体薄膜で作製した光学マスクを用いて、スペーサ頂
部周囲を１ショットであるいはより少ないショット数で
加工できるようにすることが好ましい。

【００５８】本発明のカラーフィルターおよびこれを用
いた液晶表示装置の製造方法を図１を用いて以下に説明
するがこれに限定されるものではない。

【００５９】スペーサーを備えたカラーフィルターの製
造方法の一例を示す。無アルカリガラス１の上に黒ペー
ストを用いてブラックマトリックス２を形成する。ブラ
ックマトリックスの開口部を埋めるように青着色層３を
形成し同時にブラックマトリックス上のスペーサー形成
位置に青着色層４を配置した。同様にして、赤着色層を
ブラックマトリックスの開口部５とスペーサー形成位置
６を形成し、次いで緑着色層をブラックマトリックスの
開口部７とスペーサー形成位置８を形成する。次に透明
保護層９を形成し、さらに透明導電膜１０を積層する。
ついで、Ｘ−Ｙステージを備えたＹＡＧレーザー照射装
置のステージに該カラーフィルター基板をセットし、ス
ペーサー周囲の透明導電膜にレーザー光を照射して、透
明導電膜を除去部分１１を作製した。透明導電膜除去
後、残さ除去などを目的として洗浄してもよい。

【００６０】本発明のカラーフィルターおよびその製造
方法は、基板上にＴＦＴなどの駆動素子や信号配線を配
置したいわゆるアレイ基板上にカラーフィルターも形成
したカラーフィルターオンアレイについても有効であ
る。

【００６１】本発明のカラーフィルターおよびこれを用
いた液晶表示装置は、パソコン、ワードプロセッサー、
エンジニアリング・ワークステーション、ナビゲーショ
ンシステム、液晶テレビなどの表示画面に用いられ、ま
た、液晶プロジェクション等にも好適に用いられる。ま
た、光通信や光情報処理の分野において、液晶を用いた
空間変調素子としても好適に用いられる。空間変調素子
は、素子への入力信号に応じて、素子に入射する光の強
度や位相、偏光方向等を変調させるもので、実時間ホロ
グラフィーや空間フィルター、インコヒーレント／コヒ
ーレント変換等に用いられるものである。

【００６２】

【実施例】調製例１メチルトリメトキシシラン４．０８ｇ、フェニルトリメ
トキシシラン９．９ｇ、γ−アミノプロピルメチルジエ
トキシシラン２８．８ｇをγ−ブチロラクトン１５６．
３ｇ、３−メチル−３−メトキシブタノール１５０ｇに
溶解し、３０℃で撹拌しながら９．１２ｇの蒸留水を加
えた後、５０℃で２時間加熱撹拌し、加水分解・縮合を
おこなった。ついで１３０℃に昇温してさらに縮合を進
めながら生成したアルコールと水を留去させた。この溶
液を５０℃に冷却した後、撹拌しつつ３，３’，４，
４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸２無水物２４．
１７ｇを添加してアミック酸系ポリオルガノシロキサン
溶液を得た。

【００６３】調製例２メチルトリメトキシシラン２７２ｇ、フェニルトリメト
キシシラン３９６ｇを３−メチル−３−メトキシブタノ
ール７８５．６ｇに溶解した後に、撹拌しつつ燐酸３．
３４ｇと蒸留水２１６ｇの混合物を加えた。得られた溶
液を１０５℃で１時間加熱し、主としてメタノールから
なる成分３０２ｇを留去させた。ついで１３０℃で２時
間加熱し、主としてアルコールと水からなる成分１４７
ｇを留去させた。これを室温まで冷却してから３−メチ
ル−３−メトキシブタノール８６ｇを加えてポリオルガ
ノシロキサン系溶液を得た。

【００６４】調製例３アセト酢酸エチルエステル６５０ｇと３−メチル−３−
メトキシブタノール１５６７ｇの混合液にテトラブトキ
シジルコニウム３８３ｇを添加して３０℃で１時間撹拌
した後、２４時間放置してジルコニアキレート溶液を得
た。

【００６５】実施例１（樹脂ブラックマトリクスの作成）３，３´，４，４´
−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物１４４．１ｇを
γ−ブチロラクトン１０９５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロ
リドン２０９ｇに混合し、４，４´−ジアミノジフェニ
ルエーテル９５．１ｇ、ビス（３−アミノプロピル）テ
トラメチルジシロキサン６．２ｇを添加して７０℃で３
時間反応させた後、無水フタル酸２．９６ｇを添加して
さらに７０℃で１時間反応させてポリイミド前駆体（ポ
リアミック酸）溶液を得た。

【００６６】下記の組成を有するカーボンブラックミル
ベースをホモジナイザーを用いて、７０００ｒｐｍで３
０分間分散し、ガラスビーズを濾過して、ブラックペー
ストを調製した。

【００６７】カーボンブラックミルベースカーボンブラック（ＭＡ１００、三菱化学（株）製）４．６部ポリイミド前駆体溶液２４．０部Ｎ−メチル−２−ピロリドン６１．４部ガラスビーズ９０．０部３００×３５０ｍｍのサイズの無アルカリガラス（日本
電気ガラス（株）製、ＯＡ−２）基板上にスピナーを用
いて、ブラックペーストを塗布し、オーブン中１３５℃
で２０分間セミキュアした。続いて、ポシ型フォトレジ
スト（シプレー社製“Microposit”RC100 30cp）をスピ
ナーで塗布し、８０℃２１０分間乾燥した。フォトレジ
スト膜厚は１．５μｍとした。キャノン（株）製露光機
ＰＬＡ−５０１Ｆを用い、フォトマスクを介して露光し
た。

【００６８】次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキ
シドを２重量％含んだ２３℃の水溶液を現像液に用い、
基板を現像液にディップさせ、同時に１０ｃｍ幅を５秒
で１往復するように基板を揺動させて、ポジ型レジスト
の現像とポリイミド前駆体のエッチングを同時に行っ
た。現像時間は６０秒とした。その後、メチルセルソル
ブアセテートでポジ型フォトレジストを剥離し、さら
に、３００℃で３０分間キュアし、樹脂ブラックマトリ
クス基板を得た。樹脂ブラックマトリクスの膜厚は、
１．２μｍであり、ＯＤ値は３．８であった。（着色層の作成）赤、緑、青の顔料として各々Color in
dex No.65300 Pigment Red 177で示されるジアントラキ
ノン系顔料、Color Index No.74265 Pigment Green 36
で示されるフタロシアニングリーン系顔料、Color Inde
x No.74160 Pigment Blue 15-4で示されるフタロシアニ
ンブルー系顔料を用意した。ブラックマトリックスに使
用したポリイミド前駆体溶液に上記顔料を各々混合分散
させて、赤、緑、青の３種類の着色ペーストを得た。ま
ず、樹脂ブラックマトリックス基板上に青ペーストを塗
布し、１２０℃２０分間セミキュアした。この後、ポジ
型フォトレジスト（シプレー社製"Microposit" RC100 3
0cp ）をスピナーで塗布後、８０℃で２０分乾燥した。
フォトマスクを用いて露光し、テトラメチルアンモニウ
ムヒドロキド２重量％水溶液に基板を浸漬し揺動させな
がら、ポジ型レフォトジストの現像およびポリイミド前
駆体のエッチングを同時に行なった。その後、ポジ型フ
ォトレジストをメチルセルソルブアセテートで剥離し、
さらに、３００℃で３０分間キュアした。青着色層の膜
厚は２μｍであった。青画素の形成と同時に樹脂ブラッ
クマトリクス上にスペーサーの１段目を形成した。なお
スペーサーのサイズは２０μｍ角とした。

【００６９】基板水洗後に、青着色層と同様にして、緑
画素の形成とともに樹脂ブラックマトリクス上にスペー
サーの２段目を形成した。緑着色層の膜厚は、２μｍ、
スペーサーのサイズは２０μｍ角とした。

【００７０】さらに基板水洗後に、青着色層と同様にし
て、赤画素の形成とともに樹脂ブラックマトリクス上に
スペーサーの３段目を形成し、カラーフィルターを作製
した。赤色画素部の膜厚は２μｍ、スペーサーのサイズ
は１５μｍ角とした。

【００７１】調製例１で得たアミック酸系ポリオルガノ
シロキサン溶液７．５ｇと調製例２で得たポリオルガノ
シロキサン溶液１０ｇおよび調製例３で得たキレート溶
液１．５ｇを混合し、透明樹脂用組成物を得た。ブラッ
クマトリックスと３原色の着色層が形成された基板の上
に前期透明樹脂を塗布し、８０℃で１０分間乾燥し、次
いで２８０℃で６０分間キュアして、厚さが０．５μｍ
の透明保護層を形成した。

【００７２】透明保護層が形成された基板上に、スパッ
タリング法にて膜厚が１４０ｎｍで表面抵抗が２０Ω／
□のＩＴＯ膜を形成した。ＩＴＯ膜は、カラーフィルタ
ー外縁部を除く全面に形成され頂部の大きさが１０μｍ
角のスペーサー上にも形成された。

【００７３】着色層１層の上に設けられた光透過部分の
ＩＴＯ膜の表面からスペーサー頂部までの高さであるス
ペーサー高さは４．５μｍであった。

【００７４】着色層の積層によって樹脂ブラックマトリ
ックス上に設けられたスぺーサー底部、すなわち青色部
の面積は４００μｍ²、対向基板に接触するスペーサー
頂部の面積は１００μｍ²であった。また画面周辺に樹
脂ブラックマトリクスで形成した額縁上にも色重ねによ
るスペーサーを設けた。さらに額縁外の基板上にも、画
面内と同様に樹脂ブラックマトリックスの作製に用いた
樹脂層によるパターンと着色膜の作製に用いた樹脂層の
パターンの積層により、カラーフィルター並びに画面内
のスペーサーを作製するのと同時にスペーサーを形成し
た。

【００７５】透明導電膜が形成された基板をＹＡＧレー
ザー装置（ＨＯＹＡ製Ｌ−２３０）のＸ−Ｙステージに
搭載し、１０Ｊ／ｃｍ²２のエネルギー密度のレーザー
光をスペーサー頂部を中心として、スペーサー傾斜部分
を含む４００μｍ²の範囲に照射した。１パルスのレー
ザー光照射面積は１０μｍ角として、パルス間の重なり
を含みながら上記４００μｍ²の範囲をカバーするよう
にＸ−Ｙステージを移動させつつレーザー光を照射し
た。画面全体のスペーサーについて同様に透明導電膜の
除去をおこなった。

【００７６】レーザー照射後のスペーサー頂部をＳＥＭ
−ＸＭＡ（走査電子顕微鏡−Ｘ線光電子分析）法で測定
したところ、ＩＴＯ膜が除去されていることが確認され
た。また、スペーサー高さは４．３６μｍであり、面内
均一性も良好であった。比較例１実施例１と同様にして、スペーサーを有するカラーフィ
ルターを作製した。幅１０ｍｍのポリエチレンテレフタ
レートフィルム上に樹脂で研磨材であるアルミナ粉末を
定着させた１００００番の研磨テープを巻き取り機能付
き研磨機にセットし、カラーフィルター上を走査しつつ
スペーサー上を研磨した。

【００７７】しかしながら、ＩＴＯ膜の方が着色層より
も硬いため、ＩＴＯ膜だけを除去しその下の着色層を切
削しない条件を見出すことは難しかった。画面周縁では
研磨テープ下にあるスペーサー数が少なくなるためスペ
ーサーの研磨量が増えた。画面中央のスペーサー高さが
４．３５μｍであった場合、画面周縁のスペーサーの高
さの平均は４．１μｍで面内均一性は良くなかった。実施例２実施例１と同様にして、スペーサーを有するカラーフィ
ルターを作製した。該スペーサー頂部の１０μｍ角を避
けて、その周囲を１０μｍ幅でＹＡＧレーザー照射し
た。１台のレーザー発振装置から分岐した２本のレーザ
ー光を光学系と金属マスクを通してコの字型に整形し、
これを合わせて幅１０μｍで該頂部周囲を取り囲む角形
パターンを作った。画面全体のスペーサーについて同様
に透明導電膜の除去をおこなった。

【００７８】スペーサー上にはレーザー光照射していな
いため、スペーサー高さはレーザー照射前と同じく４．
５μｍで均一性は良好であった。

【００７９】

【発明の効果】本発明のカラーフィルターの製造方法
は、液晶表示装置のセルギャップを均一に保つために、
球状スペーサーを散布せずにカーフィルター上に形成さ
れたスペーサーを使用した場合に、スペーサー上に形成
された透明導電膜を面内均一性良く除去する方法を提供
する。スペーサー上の透明導電膜を除去することで、対
向基板の設計に制約を与えることなく、カラーフィルタ
ーと対向基板との短絡を避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固定されたスペーサー有するカラーフ
ィルター基板の断面図の一例である。

【符号の説明】

１：ガラス基板２：ブラックマトリックス３、４、５、６、７、８：着色層９：透明保護層１０：透明導電層１１：透明導電膜除去部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、３原色からなる着色層、該３原
色からなる着色層とブラックマトリックス層の内、少な
くとも２層が積層されてなる複数個のスペーサー、該着
色層と該スペーサーとを覆い形成された透明導電膜とを
備えたカラーフィルターであって、該スペーサー頂部周
囲の透明導電膜または該スペーサー頂部とその周囲の透
明導電膜が除去されてなることを特徴とするカラーフィ
ルター。
【請求項２】基板上に３原色からなる着色層を形成する
と共に該３原色からなる着色層とブラックマトリックス
層の内、少なくとも２層を積層して複数個のスペーサー
を形成した後、透明導電膜を積層し、次いで、光照射に
より該スペーサー頂部および／または該頂部周囲の該透
明導電膜を除去することを特徴とするカラーフィルター
の製造方法。
【請求項３】該光照射が６９０ｎｍ以上のレーザー光で
あることを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルタ
ーの製造方法。